• 한국전산구조공학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.233-241
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• 2024

본 연구에서는 센싱 기반 모니터링 스마트 파이프 개발 연구의 일환으로 화학적 전처리된 코팅 강관에 대한 유한요소해석을 실시하였다. 개발된 코팅 강관은 내·외면 개질 폴리에틸렌으로 화학적 코팅 전처리 과정을 수행하였으며, 확관 시 표면 코팅 손상을 최소화하기 위한 연결 부속을 사용한 코팅 강관의 해석을 수행하였다. 다양한 하중에 대한 구조성능 평가를 위해 토압 하중에 의한 정적 구조해석, 차량 하중에 의한 피로수명 평가, 인장 및 압축 하중에 의한 누수 저항성의 4가지 하중 조건을 설정 및 조사하였다. 해석 결과, 기존 에폭시 코팅 및 조인트 사용 강관 대비 개발 강관에서 개선된 피로 수명이 산출되었으며, 동일 직경의 조건에서 평균 56.1%의 최대 변위 감소와 61.2% 최대 응력이 감소함을 통해 개발 코팅 강관과 연결 부속의 안전성을 검증하였다. 이에 더하여 응력 분포 분석을 통해 체결부의 누수 저항성 역시 강관 중앙면 대비 우수함을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.345-352
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• 2014

본 논문에서는 아이소-지오메트릭 형상 최적설계 기법에서 얻은 CAD 정보를 직접 활용하여, 3D 프린터를 활용한 실험적 검증을 위한 시편을 제작하였다. 유한요소법에서는 요소망에 내재하는 기하학적인 근사가 응답과 설계민감도 해석에서 정밀도 문제를 발생시킨다. 더욱이 유한요소 기반 형상 최적화 과정에서는 CAD와의 정보교환이 필수적이나 그 과정에서 최적설계 정보의 손실이 발생할 수 있다. 아이소-지오메트릭 기법은 CAD에서 사용된 동일한 NURBS 기저함수와 조정점을 사용하므로 법선벡터와 곡률과 같은 엄밀한 기하학적 정보를 응답해석과 설계민감도 해석에 사용할 수 있다. 또한 최적설계 과정에서 CAD와 정보교환 없이 복잡한 형상을 손쉽게 변경할 수 있다. 그러므로 최적의 설계의 재료량을 실험적 검증을 위한 시편제작에 엄밀하게 반영할 수 있다. 굽힘 하중을 받는 단순지지 구조물에 대한 최적설계 및 실험적 검증을 통해 최적형상이 초기 형상에 비해 더 큰 강성을 가지며 실험결과와 수치 해석결과가 매우 잘 일치함을 보였다. 또한 인장력을 받는 유공판에 대한 형상 최적설계를 수행하였으며, 비접촉식 3차원 변형 측정 장치를 이용하여 초기설계에 비해 최적설계에서 구멍주변에서의 응력집중 현상이 완화됨을 확인하였다. 따라서 수치적인 방법을 활용한 최적설계가 실제 구조물에 대한 실험에서도 유효함을 입증하였다고 할 수 있다. 또한, 아이소-지오메트릭 최적설계 방법론이 기존의 유한요소법에 비해서 최적설계 결과를 제작하여 활용하는데 있어서도 훨씬 효율적이고 엄밀한 방법임을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.110-118
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• 2018

최근 발생한 지진들로 인해 한국도 지진 안전지대가 아니라는 인식이 확산되고 있다. 이에 사회 기반시설물에 대한 다각도의 내진 안전성 검토가 수행되고 있다. 전력구는 대표적인 송전시설물의 하나로 땅 속에 묻혀있는 지중 구조물이 갖는 특성으로 인해 구조물 자체의 관성, 내하력 뿐만 아니라 주변부의 지반특성을 함께 고려해야만 한다. 이를 위해서는 지반과의 상호작용을 고려할 수 있는 엄밀한 수치해석이 요구되나, 많은 비용과 시간이 요구되는 구조물-지반 상호작용해석을 모든 전력구에 적용하기엔 무리가 따른다. 본 연구에서는 지반특성과 관련된 변수를 포함하는 주요 설계변수를 독립변수로 하고 내진성능에 대한 안전율을 종속변수로 하는 직접적인 상관관계 분석을 통하여 비용이 큰 수치해석을 배제하면서도 내진안전율이 낮은 취약 전력구를 선별할 수 있는 방안을 제시하였다. 높은 상관성을 보이는 토피고와 철근량을 주요 독립변수로 설정하고 종속변수인 내진안전율과의 분포를 바탕으로 경계방정식을 도출하였다. 이를 이용하여 지진취약 전력구를 수치해석과정 없이 선별하는 방안을 제시하였다. 대상으로 한 108개의 전력구 중 30%가 지진취약 전력구로 선별되었으며, 선별된 전력구의 내진 안전율 확인을 통해 타당한 선별 방안임을 확인하였다. 제안 기법은 상대적으로 매우 단순하며 추가적인 데이터에 적용하기 쉽고 확장이 용이하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권11호
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• pp.57-70
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• 2018

본 논문에서는 항만구조물의 성능기반 내진설계 도입을 위해서 액상화를 포함하는 비선형 유효응력해석기법의 검증을 실시하였다. 중력식 케이슨안벽의 지진시 거동에 대해서 수치해석의 결과는 동적원심모형시험의 결과와 원형스케일로 직접 검증되었다. 중력식 안벽의 모형은 강성토조내에 지진시 과잉간극수압의 증가가 발생하는 포화 사질토 지반위에 조성되었으며, 원심가속도 60g하에서 높이 10m, 폭 6m의 케이슨 안벽을 묘사할 수 있다. 원심모형시험의 원형스케일과 동일하게 2차원 평면 변형율 조건하에서 비선형 유효응력 수치해석 모델을 구성하였다. 지반의 비선형 거동모델과 함께 Byrne의 액상화 모델을 사용하였으며, 경계요소를 적용하여 안벽과 지반의 분리거동을 묘사하였다. 검증결과, 안벽의 잔류변위를 포함하여 지반 및 안벽의 수평가속도와 안벽기초 하부 사질토 지반의 과잉간극수압 증가양상 모두 유사한 결과를 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.129-151
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• 2022

본 연구에서는 기초판으로 연결된 군말뚝 형태의 기초 하부를 터널이 근접 통과할 경우 이로 인해 발생하는 말뚝의 거동을 파악하기 위하여 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이때 터널과 말뚝기초 사이의 지반보강을 조건별로 고려하여 수치해석을 수행함으로써 결과를 분석하였다. 수치해석에서는 터널 굴착으로 발생하는 말뚝의 침하, 축력, 전단응력 및 상대변위를 고찰하였으며, 추가적으로 IoT 플랫폼 예비 설계 가이드라인을 제시하였다. 지반보강을 고려하지 않으며 터널로부터 이격거리가 가장 가까운 말뚝은 지반보강을 가장 크게 고려하고 터널로부터 이격거리가 가장 멀리 존재한 말뚝에 비해 말뚝두부의 침하가 약 70% 크게 발생하였다. 또한, 말뚝 품질관리 요소 데이터는 수집 및 정제과정을 통해 다양한 형태의 API (Application Programming Interface)로 제공되었으며, 각 데이터 플로우 프로세스를 정의하여 데이터가 생성되는 시점에 따라 적합한 API를 제공하는 것이 중요한 것으로 분석되었다. 본 연구를 통하여 기초판으로 연결된 군말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요 인자를 보강조건에 따라 심도 있게 고찰하고, 말뚝의 품질관리 IoT 플랫폼을 제시하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.675-686
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• 2021

본 연구는 폐석적치장 하부 경사지에서 발생하고 있는 지반변위를 조사하고 산사태에 의한 재해 가능성에 대해 검토하였다. 이를 위하여 먼저 무인 항공기 사진측량을 실시하여 지반변위의 크기와 범위를 조사하였다. 2019년 4월부터 2020년 7월까지 5회의 무인 항공기 측량의 평균 오차율은 0.011 - 0.034 m이었으며, 토층의 이동으로 2.97 m의 표고 변화가 발생하였다. 급경사지 중 일부 구역만 표고 변화를 보이며 이것은 상부의 폐석 하중의 영향보다는 강우 시 발생한 지하수에 의한 땅밀림에 의한 것으로 판단된다. LS-RAPID 시뮬레이션을 위한 민감도 분석을 실시하였으며, 지형자료로서 DEM과 DSM을 각각 10 m, 5 m, 4 m 격자로 적용하여 시뮬레이션 결과를 비교, 분석하였다. 공간 해상도가 높은 자료를 이용하면 DEM에서는 산사태 물질의 퇴적 범위가 지나치게 확대되는 경향을 보인 반면, 지형을 세밀하게 반영한 DSM을 적용한 결과에서는 공간 해상도 변하여도 확산범위는 크게 영향을 받지 않으며 하천형상에 따른 퇴적 거동을 정밀하게 표현할 수 있었다. 결과적으로 DEM보다 DSM을 적용하는 것이 퇴적범위가 크게 확대되지 않으며, 현장상황을 잘 반영한 결과가 얻어지는 것으로 평가되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.523-530
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• 2017

본 연구에서는 역량스펙트럼법을 이용해 얻어진 구조물의 성능점을 확률적으로 평가하는 방법을 제시하였다. ATC-40에 따라 역량스펙트럼법을 이용하여 4층 1경간 철골구조물의 성능점을 산정하였다. 요구스펙트럼을 이용하여 구조물의 성능한계를 초과하는지 여부를 분석하기 위해 구조부재의 소성변형각으로부터 정의되는 구조물의 성능한계에 대해 한계변위를 도출하였다. 또한 설계응답스펙트럼과 유사한 응답스펙트럼을 가지는 인공지진파 30개를 선정하여 스펙트럼 가속도에 따른 각 성능한계의 초과여부를 통해 fragility curve를 도출하였다. 관측된 초과확률을 이용하여 fragility curve를 도출하기 위해 maximum likelihood method를 사용하였다. 각 성능한계점에 대응하는 설계응답스펙트럼의 응답가속도값에서 성능한계점을 초과할 확률은 존재하는 것으로 확인되었다. 본 방식은 구조물의 성능점에 대해 지진파의 불확실성을 고려한 확률적 평가가 가능하고, 시간증분해석이 필요하지 않아 해석시간을 상당부분 단축시킬 수 있다는 장점이 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.397-418
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• 2019

터널 굴착으로 인한 지반 및 인접 구조물의 거동을 이해하고 분석하는 것은 매우 중요하며, 이는 현대사회에서의 과학기술의 발전과 함께 토목공학 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 근거리 사진계측기법은 지반공학 분야에서 주로 쓰이고 있으며, 최근 GeoPIV 등을 이용한 계측기법의 연구가 증가하고 있는 추세이다. 본래에는 지반의 거동을 계측하여 시각화하는 방법으로 알루미늄 봉과 타겟 포인트를 이용한 VMS 프로그램이 주로 사용되어 왔다. 하지만 이러한 방법을 적용할 경우, 타겟 포인트가 손에 의해 인위적으로 설치되기 때문에 외부적인 오차가 발생할 수 있다. 또한 포인트 사이의 그리드가 넓거나 좁을 경우 희박한 데이터가 도출될 수 있는 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 타겟의 사용 없이 변위를 분석할 수 있는 MATLAB 기반의 No-target 프로그램을 개발하였고 수치해석과 실내 모형시험을 통해 기존의 프로그램과의 비교 및 검증에 초점을 맞추었다. 연구 내용으로는 greenfield condition, strip foundation, pile foundation 3가지 Case에 대하여 실내 모형시험을 실시하였으며, VMS 프로그램과 No-target 프로그램의 결과로부터 total displacement와 vertical displacement의 오차율을 분석하였다. 또한 유한요소 수치해석 프로그램인 PLAXIS를 통하여 실내 모형시험과의 결과와 비교 및 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권2호
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• pp.61-68
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• 2024

국내 경부선 및 호남선의 고속철도교량은 대부분 PSC-box 형식으로 설계되어 있고, 경간장35~40m인 경우 약 4~5Hz 정도의 1차 휨 고유진동수를 가지고 있다. 이때 KTX 고속열차가 290~310 km/h 속도로 주행할 경우, 열차에 의한 가진 진동수가 교량의 1차 휨 고유진동수에 근접하면서 공진 유사 현상이 발생하게 된다. KTX와 함께 향후 운행예정인 EMU-320 고속열차의 증속에 대해서도 철도교량의 동적 응답을 통한 안전성 분석이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 실제 철도교량에서 계측된 응답을 기반으로 구조해석모델 개선 기법을 통해 대상 철도교량과 거동이 유사한 해석모델을 구현하였다. 개선된 구조해석모델은 고속철도교량에 KTX가 주행할 때 계측된 응답과 비교하여 검증하고, 이를 통해 KTX와 EMU-320 고속열차가 증속할 경우 동적 응답 특성을 분석하였다. 또한, 결과적으로, 교량 중앙부의 최대 수직변위와 가속도의 변화는 철도설계기준과 비교하여 주행 안전성을 평가하였다.

• Composites Research
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• 제37권2호
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• pp.101-107
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• 2024

해저케이블은 케이블의 손상 시 높은 유지 보수 비용과 문제점들을 해결하기 위해 다양한 종류의 보호기 자재를 사용한다. 특히 파랑 및 해류 등의 외력 요소 들로부터 케이블을 보호하기 위해 사용되는 대표적인 보호기자재로 유연보호튜브를 들 수 있다. 유연보호튜브는 폴리우레탄 85A 초 탄성 재료로 구성되어 있어 기계적 거동을 계산하기 위해 실험 결과를 기반으로 한 물성치를 이용한다. 본 연구에서는 유연 보호 튜브를 대상으로 해석적 방법을 사용하여 휨 성능과 인장 성능을 살펴보았다. 해석에 사용된 물성치는 폴리우레탄 85A의 다축인장 실험을 통해 확보된 물성 값을 이용하였다. 유연보호튜브는 최대 굽힘 모멘트 기준치인 15 kN·m와 인장하중의 기준치인 50 kN에 대해 휨 성능과 인장 성능을 분석하였다. 해석 결과 유연 보호 튜브의 최대 굽힘 모멘트가 15 kN·m일 때 MBR은 13 m로 휨 성능이 확보되었으며, 인장하중이 50 kN일 때 최대 수직 변위가 968 mm를 나타내 인장성능이 확보됨을 확인할 수 있었다.